Vom Ehering über die Handyhülle bis zur Baggerschaufel: Laserschweißtechnologien ersetzen alte Verfahren und ermöglichen neue Produktionsprozesse.
Wenn der Diamant im Ehering locker wird, hilft Laserschweißen: Dieses Verfahren erleichtert mittlerweile die Reparatur von hochwertigem Schmuck. Die präzise punktuelle Energiekonzentration erlaubt es nämlich, auch in der unmittelbaren Umgebung von wertvollen Edelsteinen zu Schweißen, ohne diese thermisch zu belasten. Dadurch müssen Goldschmiede nicht mehr – so wie bisher nötig – die Steine vor der Behebung des Schadens ausfassen, was immer mit einem Risiko verbunden ist.
Einen Durchbruch auf völlig anderem Gebiet gelang im Vorjahr Forschern einer Universität in San Diego. Erstmals konnten mithilfe eines Laserschweißers zwei Keramikteile nahtlos aneinandergefügt werden. Beim Keramikschweißen war das Problem bisher der extrem hohe Schmelzpunkt des Werkstoffs, der meist jenseits der 2.000 °C liegt und daher seit Jahrhunderten nur in großen Öfen und unter enormem Energieaufwand verflüssigt werden kann.
Die außergewöhnliche Härte und Widerstandsfähigkeit von keramischen Legierungen haben dazu geführt, dass diese uralte Technologie längst das Feld der Kaffeetassen und Waschbecken hinter sich gelassen hat. Hochleistungskeramiken kommen daher in Gasturbinen oder der Raumfahrt als großflächige Schutzmäntel für empfindlichef Anlagenteile zum Einsatz.
Mit der nun eröffneten Möglichkeit, Keramik mit Hilfe von Kurzpulslasern an einzelnen Stellen zu erhitzen und zu verflüssigen, wird das Einschweißen von schutzbedürftigen Elektronikteilen in keramische Schutzmäntel oder gar der Ersatz von teuren Legierungen wie Titan durch günstigere, aber ebenso widerstandsfähige und weniger Radiowellenstörende Keramiken denkbar – etwa in der Medizintechnik, aber auch zur Ummantelung von Handys.
Dieses Beispiel aus zwei der ältesten Handwerksbranchen zeigt, wie groß das Potenzial des Laserschweißens ist: Die präzise Steuerbarkeit des Laserstrahls und die große Varianz des Einsatzbereichs wird daher heute nicht nur für Herstellung und Reparatur von Schmuck oder Antiquitäten, sondern zunehmend auch in unterschiedlichsten industriellen Prozessen eingesetzt.
Im Bereich der Metallverarbeitung sind es vor allem die verschiedenen Hybridschweißverfahren, die die Verbindung von unterschiedlichen Metallen oder die das kostengünstige Schweißen von dicken Werkstoffen ermöglichen. Bei einer Neuentwicklung eines Berliner Laserschweiß-Spezialisten kommt etwa erstmals ein Zusatzdraht zum Einsatz. Mit diesem aus dem Lötprozess entlehnten Grundgedanken können Spaltbreiten von bis zu 3 mm und Blechdicken bis zu 10 mm lasergeschweißt werden. Das ist eine Alternative zu den in diesen Bereichen bisher üblichen Lichtbogenprozessen und ermöglicht die Verarbeitung von allen Metallen, die auch als Draht verfügbar sind.
Die größten Zuwachsraten haben Laserschweiß-Technologien aber im Bereich der additiven Fertigung. Der größte Vorteil dabei liegt darin, dass man sich im Vergleich zu Gießverfahren die aufwändige Herstellung des Negativs erspart, wenn die Form Schicht für Schicht aufgetragen und umgeschmolzen wird. Der Grundgedanke, das Schweißen nicht nur zur Verbindung von Werkstoffen, sondern auch zum Kreieren neuer Formen zu nutzen, ist nicht neu, erklärt Schweißexperte Michael Wolters: „Die Schaufeln für den Braunkohleabbau werden schon seit langem aus Schweißnähten hergestellt, die Schicht für Schicht aneinander geschweißt werden.“
Doch auch beim 3D-Druck von metallischen Werkstoffen darf die Abschirmung der Verarbeitungsstelle mit Schutzgas nicht vernachlässigt werden. Hier ist sogar besondere Sorgfalt geboten, erklärt Wolters: „Wir benötigen eine kontrollierte Schutzgasatmosphäre im gesamten Verarbeitungsbereich.“ Das kann nur durch die gezielte Auswahl der richtigen Mischungen für den jeweiligen Prozess erreicht werden.
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